2018版物理一轮复习第六章静电场第3讲电容器带电粒子在电场中的运动教案

第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动

知识点一 电容器、电容 1．电容器

(1)组成：任何两个相互靠近又彼此________的导体组成． (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的________． (3)电容器的充、放电

①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能．

②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能． 2．电容

(1)定义：电容器所带的________与两个极板间的电势差U 的比值． (2)表达式：________.

(3)单位：法拉(F)、微法(μF)，常用单位有皮法(pF)，1 F ＝106

μF ＝1012

pF. (4)平行板电容器电容的决定式：________，k 为静电力常量．

答案：1.(1)绝缘 (2)绝对值 2.(1)电荷量Q (2)C ＝Q U (4)C ＝εr S

4πkd

知识点二 带电粒子在电场中的加速和偏转 1．带电粒子在电场中的加速

(1)动力学观点分析：若电场为匀强电场，则有a ＝________，E ＝________，v 2

－v 2

0＝2ad . (2)功能观点分析：粒子只受电场力作用，满足______________________． 2．带电粒子在匀强电场中的偏转

(1)条件：以速度v 0垂直于电场线方向飞入匀强电场，仅受电场力． (2)运动性质：________运动． (3)处理方法：运动的分解． ①沿初速度方向：做________运动．

②沿电场方向：做初速度为零的____________运动． 答案：1.(1)qE m

U d (2)qU ＝12mv 2－12

mv 2

0 2.(2)类平抛 (3)①匀速直线 ②匀加速直线 知识点三 示波器的工作原理

1．构造：①________，②偏转极板，③荧光屏．(如图所示)

2．工作原理

(1)YY′上加的是待显示的________，XX′上是机器自身产生的锯齿形电压，叫做________．

(2)观察到的现象：

①如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线传播，打在荧光屏________，在那里产生一个亮斑．

②若所加扫描电压和信号电压的________相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的图象．

答案：1.①电子枪 2.(1)信号电压扫描电压(2)①中心②周期

(1)电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和．( )

(2)电容器的电容与电容器所带电荷量成正比．( )

(3)放电后的电容器电荷量为零，电容也为零．

(4)带电粒子在匀强电场中只能做类平抛运动．( )

(5)带电粒子在电场中，只受电场力时，也可以做匀速圆周运动．( )

答案：(1)×(2)×(3)×(4)×

考点平行板电容器的动态分析

1．两个公式的比较

(1)确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变．

(2)根据决定式C ＝εr S

4πkd

分析平行板电容器电容的变化．

(3)根据定义式C ＝Q

U

分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化． (4)根据E ＝U d

分析电容器极板间场强的变化．

考向1 两极板电势差保持不变

[典例1] (多选)美国物理学家密立根通过研究平行板间悬浮不动的带电油滴，比较准确地测定了电子的电荷量．如图所示，平行板电容器两极板M 、N 相距d ，两极板分别与电压为

U 的恒定电源两极连接，极板M 带正电．

现有一质量为m 的带电油滴在极板中央处于静止状态，且此时极板带电荷量与油滴带电荷量的比值为k ，则( )

A ．油滴带负电

B ．油滴带电荷量为mg Ud

C ．电容器的电容为

kmgd

U 2

D ．将极板N 向下缓慢移动一小段距离，油滴将向上运动

[解题指导] (1)分析油滴的受力情况，根据场强方向可判断油滴的带电情况． (2)N 板向下运动，两板间距离增加，场强减小，从而使油滴运动．

[解析] 由题意知油滴受到的电场力方向竖直向上，又上极板带正电，故油滴带负电，设油滴带电荷量为q ，则极板带电荷量为Q ＝kq ，由于qE ＝mg ，E ＝U d ，C ＝Q U ，解得q ＝mgd U

，C ＝

kmgd

U 2

，将极板N 向下缓慢移动一小段距离，U 不变，d 增大，则电场强度E 减小，重力将大于电场力，油滴将向下运动，只有选项A 、C 正确．

[答案] AC

考向2 两极板带电量保持不变

[典例2] (2016·天津卷)如图所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地．

在两极板间有一固定在P 点的点电荷，以E 表示两板间的电场强度，E p 表示点电荷在P 点的电势能，θ表示静电计指针的偏角．若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则( )

A ．θ增大，E 增大

B ．θ增大，E p 不变

C ．θ减小，E p 增大

D ．θ减小，

E 不变

[解析] 平行板电容器带有等量异种电荷，当极板正对面积不变时，两极板之间的电场强度E 不变．保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至题图中虚线位置，由U ＝Ed 可知，两极板之间的电势差减小，静电计指针的偏角θ减小，由于下极板接地(电势为零)，两极板之间的电场强度不变，所以点电荷在P 点的电势能E p 不变．综上所述，选项D 正确．

[答案] D

求解电容器问题的两个常用技巧

(1)在电荷量保持不变的情况下，由E ＝U d ＝

Q Cd ＝4πkQ

εr S

知，电场强度与板间距离无关． (2)对平行板电容器的有关物理量Q 、E 、U 、C 进行讨论时，关键在于弄清哪些是变量，哪些是不变量，在变量中哪些是自变量，哪些是因变量，利用C ＝εr S 4πkd 、Q ＝CU 和E ＝U

d 进行

判定即可．

考点

带电粒子在电场中的直线运动

1．带电粒子在电场中运动时重力的处理

(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)．

(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．

2．两种解题思路

(1)应用牛顿运动定律处理带电粒子的直线运动

带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与速度方向在一条直线上，带电粒子做匀变速直线运动．根据带电粒子的受力情况，用牛顿运动定律和运动学公式确定带电粒子的速度、位移、时间等．

(2)用动能定理处理带电粒子在电场中的直线运动

对带电粒子进行受力分析，确定有哪几个力做功，做正功还是负功；确定带电粒子的初、末状态的动能，根据动能定理列方程求解．